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8.1.3 机械特性分为固有机械特性
定义：当电动机电枢接额定电压，正常接线，磁通为额定磁 通，电枢回路无附加电阻时，电动机的机械特性称为固 有机械特性。 U=UN，Φ=ΦN，Rad=0，Ra=ra代入机械特性， 即得固有机械特性方程式为：
UN ra − T n= 2 C e Φ N C e CT Φ N
+ 电枢回路 励磁回路 + I
U E M
ra
−
Rad
rf
Rfad
If Uf −
4
电压平衡方程 （基尔霍夫定律）
电枢回路的电压平衡方程式为：
U = E + I • Ra
U——电动机的电枢电压(V)； E——电动机电枢绕组的感应电势(电枢电势)(V)； I ——电枢电流(A)； Ra——电枢回路总电阻(Ω)，Ra=ra+Rad。
第八章 直流电动机传动
本章主要内容 直流电动机机械特性 固有机械特性与人工机械特性 直流他励电动机机械特性的计算和绘制 直流他励电动机的起动 直流他励电动机的工作状态 调速的基本指标 直流他励电动机的调速方法 直流他励电动机调速时与负载性质的配合
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• • • • • • • •
8.1 直流电动机机械特性
1. 直流他励电动机的机械特性是一条向下倾斜的直线； 2.当电动机有输出转矩时，即带负载的情况下，就存在转速 降落，就会引起速度下降。 3. 斜率愈大，速度降落愈大，特性向下倾斜就愈明显，即称 为机械特性愈“软”；反之，特性愈平坦，机械特性愈 “硬”。
Ra b= 2 C e CT Φ
Ra Δn = bT = T 2 C e CT Φ

ra U n= T − 2 C e Φ N C e CT Φ N
U改变时，理想空载转速随 之成正比变化；而特性斜率b 不变，都与固有机械特性的 相同。
n
n0
UN U1 U2 UN>U1>U2
0 能耗制动 U=0
T
电枢反接制动 -n0 U=-UN
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减弱电动机磁通时的机械特性 3.减弱电动机磁通时的人工机械特性
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电机电动势
直流电机的电枢电势公式为： E=CeΦn Ce——电势常数; p——电机极对数； N——电枢绕组的有效导体数； a——电枢绕组的并联支路对数； Φ——每极磁通(Wb)； n——电动机转速(r/min)。
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pN Ce = 60a
电机的转矩
直流电机的电磁转矩公式为： T = CT Φ I 式中： CT——转矩常数， 则有： T——电磁转矩(Nm)。
直流他励电动机的固有机械特性是一条向下倾斜的直线，特 性较硬。机械特性只表征电动机电磁转矩和转速之间的 函数关系，是电动机本身的能力，至于电动机具体运行 状态，还要看拖动什么样的负载。
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8.1.4 人工机械特性
固有机械特性不能满足生产机械不同的工作要求。改变某些 参数所得到的机械特性，称为人工机械特性。
pN CT = 2πa 60 CT = C e = 9.55C e 2π
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直流他励电动机的机械特性方程式
U= CeΦn+I Ra
Ra U n= I − Ce Φ Ce Φ
Ra U − n= T 2 C e Φ C e CT Φ
T I= CT Φ
n n0 n'0
n = n0 + bT
0
T0
8
T
直流电动机的机械特性的特点
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直流电动机固有机械特性曲线
II
n n0 nN N
I
0 III
TN IV
Tst
T
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直流电动机固有机械特性的特点
1.
电磁转矩T越大，转速n越低，机械特性是一条下斜直线。 • 原因是：T增大，电枢电流I与T成正比，I也增大，电枢电势 E=CeΦNn=UN-Ira，E则减小，转速n则降低。
T ↑ ⎯⎯ ⎯ →I ↑ ⎯⎯⎯⎯ ⎯ →E ↓ ⎯⎯ ⎯ →n ↓
2.
T ∝I
E =UN −Ira
E∝n
UN n = n0 = 当T=0时， 为固有机械特性的理想空载转速。 Ce Φ N
此时I=0，E=UN。 3. 固有机械特性的斜率为： b =
ra C e CT Φ 2 N
ra 转速降为： Δn = bT = T 2 C e CT Φ N
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4. 当n=0，即电动机起动时，E=CeΦNn=0，此时电枢电流， 称为起动电流； 电磁转矩T=CTΦNIst=Tst，称为起动转矩。
“电机学”主要研究的是电机在进行能量转换时其内 部的电磁过程； “电力拖动”，则注重的是电动机的使用，主要研究 的是电机的外特性。 • 在电动机的各类工作特性中首要的是机械特性。 电动机的机械特性，是电动机产生的转矩(电磁转矩) T 与其转速 n 之间的关系，即 n=f(T)。
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8.1.1 机械特性的重要性
电动机的机械特性是电动机性能的主要表现，只有 掌握好电动机的机械特性，才能正确选择和使用 电动机。 电动机的机械特性在很大程度上决定了电力传动系 统的稳态运行和过渡过程的性质和特点。 电动机机械特性的研究是“电力拖动”课程的核心内 容。
3
8.1.2 直流他励电动机的机械特性方程式
假设： 1. 电源电压为恒值 2. 磁通为恒值，即励磁电 流不变，认为无电枢反 应， 3. 电枢回路电阻为恒值。
UN Ra n= T − 2 CeΦ N CeCT Φ N
电枢串接电阻时的人工机 械特性是一组通过理想空 载点的放射状直线。
n n0
ra Ra1=ra+Rad1 Ra2=ra+Rad2
0
Rad1<Rad2 T
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改变电源电压时的机械特性
2.改变电源电压时的人工机械特性 • 电枢不串接附加电阻，即Rad=0。 • 磁通为额定磁通，即Φ=ΦN。只改变电源电压U。
改变励磁回路的附加电阻 Rfad，即可改变励磁电流If， 从而使磁通改变。
UN ra n= T − 2 C e Φ C e CT Φ
n n02 Φ 2 n01 Φ 1 n0 ΦN 0 ΦN>Φ1>Φ2
UN Ra − T n= 2 CeΦ N CeCT Φ N
主要有以下三种人工机械特性： 1. 电枢串接电阻时的人工机械特性 2.改变电源电压时的人工机械特性 3.改变电动机磁通时的人工机械特性
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电枢串接电阻时的机械特性
1. 电枢串接电阻时的人工机械特性 电枢串接电阻时，Rad≠0，电枢回路总电阻Ra=ra+Rad。电源 电压U=UN，磁通Φ=ΦN，此时的人工机械特性方程式为：